基流对亚热带农业流域氮素输出的贡献研究

随着经济的迅猛发展和人民生活水平的逐步提高,亚热带农业小流域的面源污染日趋严峻,恶化的水体环境质量已经成为该区域可持续发展和生态文明建设的重要障碍.基流过程对流域生态水文过程有重要影响,因此本研究选取湖南省长沙县的脱甲和涧山两个农业小流域作为调查对象,通过流域观测和模型估算方法,对比分析2011年1月至2013年12月间流域基流过程对总氮(TN)输出的贡献.结果表明,在较高强度水稻种植的脱甲流域的月平均基流流量、平均基流TN流量加权浓度和平均基流对TN输出贡献[15.2 mm·month~(-1)、4.14 mg·L~(-1)和0.54 kg·(hm~2·month)~(-1)],均大于较低强度水稻种植的涧山流域[11.4 mm·month~(-1)、1.72 mg·L~(-1)和0.20 kg·(hm2·month)~(-1)].基流对TN输出贡献呈现明显的季节性变化,如在水稻生长季,脱甲和涧山流域基流对TN输出贡献分别为23.2%和18.6%,均低于休耕季的46.9%和40.0%,表明水稻种植会提高休耕季的流域基流过程对TN输出的贡献.因此,为缓解农业小流域水体面源污染,应当在农业小流域中实施合理的稻田管理措施来降低基流对TN输出的贡献.     

两种土壤增效剂对稻田氨挥发排放的影响

硝化抑制剂和生物炭是农田土壤管理常用的土壤增效剂.其中,硝化抑制剂可以增加作物产量提高氮素利用率,而生物炭是生物质资源利用的一种新方式,且具有一定的吸附特性.以减少稻田氨挥发带来的氮素损失及环境污染问题为目的,在原状土柱模拟试验条件下,以单施化肥处理(CN)为对照,研究了生物炭(B)添加、硝化抑制剂(CP)添加及复合添加处理(BCP)对田面水p H、田面水铵态氮浓度、水稻产量及氨挥发损失的影响.结果表明,两种增效剂施用对水稻产量无显著影响,硝化抑制剂添加有增加水稻产量的趋势.两种土壤增效剂添加均显著增加了稻田氨挥发损失,损失量占施氮量的25%～35%.其中,肥期(施肥后7 d内)氨挥发损失占总损失的86%～91%,是氨挥发损失的主要时期.与CN处理相比,CP处理明显提高了田面水NH_4~+-N浓度和氨挥发损失,基肥期、穗肥期和非肥期增加效应明显,氨挥发增幅分别为138%、48%和78%,全生育期氨挥发总损失量增加59%.生物炭添加对稻田氨挥发损失也有明显的促进效应,且具有阶段性特征,前期(基肥期和蘖肥期)的增加效应高于后期(穗肥期和穗肥后),田面水NH_4~+-N浓度和p H也表现出相同的趋势.两者配施添加处理显现出了正交互作用,氨挥发损失量大于单施处理,与化肥处理差异显著.结果说明,生物炭添加不能解决硝化抑制剂添加引起的铵态氮浓度升高和氨挥发损失增加的问题,对于硝化抑制剂添加引起的氨挥发损失增加的问题需要继续研究.     

氟虫双酰胺在水稻和稻田中的残留动态研究

采用超高效液相色谱法(UPLC)测定了氟虫双酰胺19.8%悬浮剂(SC)在水稻及稻田环境中的残留动态.结果表明,当氟虫双酰胺及其代谢产物NNI-des-iodo的添加量为0.05～1.0 mg·kg-1时,其在水稻田土壤、田水、稻秆、稻米和稻壳中的平均回收率为78.2%～104.8%,变异系数为1.1%～4.4%.氟虫双酰胺在2011年三地(福建福州、天津、江苏南京)的稻田水中的降解半衰期为9.8～17.3 d,土壤中10.8～22.4 d,植株中7.6～17.3 d,其在稻田水样品中检出了代谢产物NNI-des-iodo,而在土壤和植株样品中未检出.在推荐使用剂量下,于末次施药10 d后,氟虫双酰胺在水稻稻米中的残留量均低于美国规定的在稻谷上的最大残留允许量(0.5 mg·kg-1).     

城郊农业区小流域土地利用结构对氮素输出的影响

以位于湖南省长沙市城郊农业区的金脱河流域为研究区域,通过解译2009年的Spot-5卫星遥感图获取了小流域的土地利用图;结合流域的DEM图,利用ArcGIS 9.3的水文、空间分析模块将流域划分为若干个子流域,分析各子流域的土地利用结构.从2009年12月～2010年11月在各子流域出口处采取水样,分析其TN、NH4+-N、NO3--N输出浓度、输出量的时空变化特征以及与土地利用结构、施肥等因素之间的关系.结果表明,流域径流氮素污染严重,其TN、NH4+-N输出浓度呈明显的季节变化特征,为冬季>春季>夏、秋季,而NO3--N的输出浓度的季节差异较小.流域内的土地利用结构对NO3--N的输出浓度起着重要的控制作用,林地、水面表现为源作用,水田、旱地、居民地为汇作用;不同的时间尺度上土地利用结构对其影响不同,年度尺度上对NO3--N输出影响最大的为旱地,春夏季为林地,秋冬季为旱地.TN、NH4+-N的输出浓度与土地利用结构的相关性较差,各形态氮素的输出量与纯氮施用量、人口数、养猪量表现为极显著正相关.     

Decrease of NH4+-N by bacterioplankton accelerated the removal of cyanobacterial blooms in aerated aquatic ecosystem

We used aerated systems to assess the influence of the bacterioplankton community on cyanobacterial blooms in algae/post-bloom of Lake Taihu, China. Bacterioplankton community diversity was evaluated by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis(PCR-DGGE) fingerprinting. Chemical analysis and nitrogen dynamic changes illustrated that NH4+-N was nitrified to NO2-N and NO3-N by bacterioplankton. Finally, NH4+-N was exhausted and NO3-N was denitrified to NO2-N, while the accumulation of NO2-N indicated that bacterioplankton with completely aerobic denitrification ability were lacking in the water samples collected from Lake Taihu. We suggested that adding completely aerobic denitrification bacteria(to denitrify NO2-N to N2)would improve the water quality. PCR-DGGE and sequencing results showed that more than 1/3 of the bacterial species were associated with the removal of nitrogen, and Acidovorax temperans was the dominant one. PCR-DGGE, variation of nitrogen, removal efciencies of chlorophyll-a and canonical correspondence analysis indicated that the bacterioplankton significantly influenced the physiological and biochemical changes of cyanobacteria. Additionally, the unweighted pair-group method with arithmetic means revealed there was no obvious harm to the microecosystem from aeration. The present study demonstrated that bacterioplankton can play crucial roles in aerated ecosystems, which could control the impact of cyanobacterial blooms in eutrophicated fresh water systems.     

香溪河库湾水质特征与非回水区水华响应关系

为探究香溪河在受倒灌影响较弱的河段水华暴发征兆及机理,于水华高发期5~8月对香溪河进行监测,分析电导率、水温、叶绿素a（Chl-a）以及流速.结果表明,在6~8月,香溪河倒灌现象于XX05点（峡口镇）处基本结束,XX06~XX09受倒灌来水影响较弱;香溪河于7月暴发水华,各个监测点位上Chl-a含量均值达到100μg/L以上,XX05~XX06与XX07-XX09点位上暴发不同种水华;在水华暴发前后,水体温度无显著变化,且并无明显分层现象,说明水温分层是水华暴发的主要原因这一理论并不能很好的适用于非回水区;通过对电导率数值的研究发现,数值在垂向上出现显著拐点,而拐点出现在临界层与光补偿层之间,同时与叶绿素a含量分布呈现显著负相关性.香溪河总氮（TN）、总磷（TP）平均值为1.849mg/L和0.157mg/L,均超过富营养化的阈值,水体氮磷含量与Chl-a浓度无显著相关性,水体中除N、P营养盐外的其它离子对香溪河水华的暴发起着重要作用.在水华消退后,电导率数值又逐渐恢复表层高底层低的垂向线性分布特性,与水华的暴发、消退有着明显的响应.     

过去两千年长江干流历史洪水事件的时空变化研究

理解极端洪水事件活动特征及其与气候变化、人类活动的相互关系一直是全球变化研究的热点问题。现代器测数据较短对洪水事件变化规律预测存在不足,而利用历史文献记录研究百年-千年尺度洪水事件的发生规律则成为一个较好的选择。洪水灾害是长江流域最为严重的自然灾害之一。本文以官方现存历史记载为依据,构建了过去2000年长江干流上、中、下游洪水事件序列,并将其与气候和人类活动代理指标进行对比。结果表明,1350年之前,长江干流洪水事件受东亚季风(EASM)、西南季风(ISM)、厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、热带辐合带(ITCZ)移动等多种气候因素驱动,且气候驱动机制在同期不同区、同区不同期存在显著差异。此外,1350年之后人类活动的增强可能明显加剧了长江干流洪水事件的频率和强度。     

芦苇植株对湿地温室气体排放的影响及其日变化特征

利用静态箱-气相色谱法对夏季(7月、8月和9月)长江河口湿地芦苇植被CO_2、CH_4和N_2O的叶面通量、茎秆扩散速率以及沉积物通量的日变化进行研究。结果显示,通过芦苇叶片排放的N_2O与CH_4的量分别为2.99μg/(m~2·h)和15.36μg/(m~2·h),CO_2则呈现白天吸收(-120.86 mg/(m~2·h))、夜间排放(69.39 mg/(m~2·h))的特点。芦苇茎秆N_2O、CH_4和CO_2平均扩散速率分别为1.96μg/h、142.45μg/h和10.69 mg/h,沉积物平均排放通量为N_2O 8.18μg/(m~2·h)、CH_41.58 mg/(m~2·h)、CO_2169.66 mg/(m~2·h)。芦苇茎秆和沉积物界面CH_4和CO_2的排放均呈现出明显的"单峰型"昼夜变化规律,其排放峰值集中在日照及温度最高的9:00至15:00。芦苇植株是影响温室气体排放变化的因素之一。芦苇植株在光合作用下吸收CO_2并促进CH_4的排放,而芦苇发达的根系及茎秆是温室气体排放的主要途径。同时,Pearson相关性分析表明温度对芦苇群落CH_4和NO2的排放影响显著,但与CO_2通量的相关性不明显。土壤氧化还原电位对3种气体的排放均有显著影响。     

外源锌刺激下水稻对土壤镉的累积效应

采用水稻盆栽实验研究不同含量外源Zn对模拟Cd中度污染和重度污染土壤中水稻低累积品种湘晚籼12和高累积品种威优46水稻各部位累积Cd的影响.结果表明,在Cd中度污染水平,外源Zn分别增大2种水稻各部位Cd含量,湘晚籼12和威优46糙米Cd含量分别增加125.0%~275.0%和6.6%~91.2%,但各处理糙米Cd含量不高于0.2 mg·kg~(-1);在Cd重度污染水平,外源Zn有降低水稻各部位中Cd含量的作用,湘晚籼12和威优46糙米Cd含量相应降低了16.6%~63.5%和15.6%~74.4%,且威优46糙米Cd含量随外源Zn施用含量的增大而逐渐降低,使得糙米中Cd含量低于0.2 mg·kg~(-1).水稻糙米累积Cd含量与土壤中Cd、Zn交换态含量的相关关系,因Cd污染程度和水稻品种的不同而不同.在Cd中度污染水平,湘晚籼12水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Zn含量正线性相关,而威优46水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Cd和Zn含量正线性相关;在Cd重度污染水平,威优46水稻糙米Cd含量与土壤中交换态Cd和Zn含量为负线性相关.在不造成土壤Zn污染的前提下,可向Cd重度污染土壤施用一定量的Zn肥,以降低糙米Cd含量,提高糙米品质.     

京津冀地区主要排放源减排对PM2.5污染改善贡献评估

研究选取2012年1月和7月作为冬夏两季代表时段,利用CMAQ/2D-VBS模型分析了冬夏两季京津冀地区主要排放源减排30%对改善区域PM_(2.5)污染的效果.结果表明,工业源对PM_(2.5)污染的贡献最大,其次是民用源,但工业源单位减排量贡献低于民用源,交通源和电厂源的整体贡献和单位减排量贡献均较小.工业部门内贡献最大的为钢铁冶金行业,其次是水泥、工业锅炉、炼焦、石灰砖瓦和化工行业.与各部门各物种排放量的比较反映出各排放源贡献大小与其一次PM_(2.5)排放水平高度相关.因京津冀地区冬季NO_x减排对PM_(2.5)形成的促进作用,以及冬季较弱的大气垂直扩散作用,各排放源夏季减排比冬季普遍更有效,交通源、电厂源以及工业源中的水泥、工业锅炉和石灰砖瓦行业夏季减排效果相比冬季优势明显.民用源由于采暖季排放较高而冬季贡献更明显,农业源因秸秆开放燃烧量大,冬季单位减排量贡献十分显著.从同等幅度减排考虑,应将工业源作为控制重点,优先控制其一次PM_(2.5)排放,在部门内进一步重点控制钢铁冶金行业的NO_x和SO_2排放、水泥行业的夏季NO_x排放以及炼焦行业的SO_2和NMVOC排放.民用源排放应着重在冬季采暖期控制.